유·무인 탐사선을 통해 얻은 관측 자료와 월석(月石) 표본으로부터 달의 생성과 진화 과정을 비교적 상세히 이해할 수 있게 되었다. 현재까지 밝혀진 바에 따르면, 달은 약 46억 년 전에 생성되었으며 그 이후로 지질학적인 진화를 거쳐 현재에 이르렀다.

   달의 기원에 대해서는 여러 가지 학설이 존재하지만 최근에는 충돌설이 점차 정설로 인정받고 있다. 이 충돌설에 따르면 달은 약 46억 년 전에 화성 크기의 행성체(行星體)가 지구와 충돌하면서 생성되었다. 이 행성체가 원시 지구와 스치듯이 충돌하면서 지구의 지각 물질과 충돌 행성체의 파편들이 지구로부터 떨어져 나간다. 이들 물체들 중의 일부는 다시 지구로 떨어지거나 우주 공간으로 흩어져 나갔지만 지구 주위의 궤도에 놓여진 나머지 물체들은 서로 합체하여 원시 달을 형성하였다. 지구로부터 떨어져 나온 분출물 뿐만 아니라 태양계가 형성된 뒤 우주 공간에 남아 있던 많은 양의 미소(微小) 행성체들이 원시 달의 인력에 이끌려 달에 계속해서 집적(集積)되면서 원시 달은 성장을 계속하게 된다. 이러한 집적 과정은 겨우 6천만 년에서 8천만 년의 짧은 시간 동안에 일어났다. 이렇듯 짧은 기간에 엄청난 양의 미소 행성체가 달에 충돌하여 집적되면서 많은 양의 열에너지가 방출되었다. 또한, ²⁶Al과 같은 반감기가 짧은 방사성 동위 원소의 붕괴열이나 지구의 강한 기조력(起潮力)에 의한 마찰열도 존재했는데, 이러한 열에너지에 의해서 원시 달은 용융(鎔融)되어 달 전체가 마그마의 바다로 뒤덮였다. 이러한 용융 상태에서는 밀도에 따른 성층화(成層化) 작용이 일어나게 된다. 즉, 밀도가 큰 물질은 달의 내부로 가라앉고 상대적으로 밀도가 작은 물질들은 달의 표면으로 떠올라서 달의 지각이 형성되는 것이다.  
 

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   현재, 달의 지각은 무색 광물(無色鑛物)인 사장석(plagioclase feldspar)으로 주로 이루어진 아노소사이트(anorthosite)로 구성되어 있으며 두께는 60∼120㎞ 정도이다. 달의 고지대(highland)의 색이 밝은 것은 이 때문이다. 아무튼, 이렇게 엄청난 양의 사장석, 즉 아노소사이트가 만들어지기 위해서는 마그마 바다의 깊이가 400㎞ 이상은 되어야 한다. 이 마그마의 바다가 점차 냉각되면서 밀도가 작은 사장석 광물 결정들은 달의 표면으로 떠오른 후 점차 축적되어 하나의 층을 형성하게 되었는데 이것이 바로 달의 지각이다. 사장석보다 마그마로부터 더 일찍 분화(分化)된 감람석이나 휘석 등의 광물들은 철과 마그네슘의 함량이 많으므로 밀도가 커서 달의 내부로 가라앉게 되는데, 이로부터 맨틀이 형성되었다. 달이 냉각되면서 달의 지각은 점차 그 두께가 두꺼워지고 암석의 용융대(鎔融帶)의 깊이도 점점 깊어졌다. 그리하여 약 39억 년 전에 현재와 같은 지각의 형태가 거의 갖추어졌다. 오늘날 암석의 용융대는 월면(月面)으로부터 지하 약 1100㎞에 존재한다.
 

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   한편, 지금으로부터 39억 년 전과 38억 년 전 사이에 커다란 소행성들의 충돌이 연이어 일어났다. 물론, 그 이전에도 미소 행성체와 달과의 충돌이 일어났음은 확실하지만, 지각이 형성되기 이전으로 마그마의 바다에 충돌하면서 달의 성장에 기여했을 뿐, 크레이터(crater)나 충돌 분지(impact basin) 등은 형성되지 않았다. 하지만 달의 지각이 제 모습을 갖춘 이후에는 달에 커다란 행성체들이 충돌하면서 약 43개 정도의 충돌 분지가 형성되었고, 그 이외에 수많은 크레이터들이 만들어졌다. 현재의 감로주의 바다 Mare Nectaris, 맑음의 바다 Mare Serenitatis, 비의 바다 Mare Imbrium는 각각 39.2억 년, 38.7억 년, 38.5억 년 전에 형성된 충돌 분지를 후에 유동성이 큰 용암이 메운 것이다. 특히, 38.5억 년 전에 일어난 충돌은 달의 초기 역사에 있어서 커다란 사건이었다. 이 당시에 용융대는 월면으로부터 지하 150㎞에 존재했는데, 지름 약 100㎞의 소행성이 달과 충돌하여 지름이 약 1500㎞나 되는 거대한 충돌 분지(Imbrium impact basin)를 만들어 내면서 그 충돌 에너지가 지각 깊숙이 전달되었다. 그리고 이 충돌로 지각이 파괴되면서 달에서는 거대한 화산 활동의 시기가 시작되었다. 물론, 이전에도 화산 활동이 일부 존재했지만, 이 충돌을 통해서 많은 양의 용암이 용융대로부터 지각의 갈라진 틈을 뚫고 월면 위로 분출되기 시작한 것이다. 이 용암들이 흘러서 충돌 분지들을 메움으로써 오늘날 우리가 보는 달의 바다(mare)가 형성되었다. 우리가 월면을 보면서 갖게 되는 궁금증 중의 하나는 월면의 동쪽 부분에 비해서 서쪽 부분에는 눈에 뜨일 만한 바다가 거의 전무(全無)하다는 사실인데, 그 이유는 이 충돌이 현재 비의 바다가 있는 달의 동쪽 부분에서 일어났기 때문이다. 연속적인 화산 분출의 결과로 점차 바다의 용암 대지(鎔巖臺地)가 생성되었다. 아폴로 우주선의 관측에 의하면, 달의 바다를 메우고 있는 용암층은 각각 수 미터 두께의 여러 개의 얇은 층으로 이루어져 있다. 이 때 분출된 용암은 점도(粘度)가 매우 작아서, 응고되기 이전에 수백 ㎞ 정도의 거리를 흘러갈 수 있었다. 이렇듯, 달의 용암은 유동성이 매우 크므로 지구나 화성, 금성에서 발견되는 순상 화산(楯狀火山)을 형성하지 못한다. 이들 용암은 분화구나 용암 이동 통로와 같은 화산 활동의 많은 증거들을 월면에서 지워 버렸지만, 아직도 많은 수의 열구(rille)와 화산 기원의 크레이터를 오늘날에도 관측할 수 있다.

   용암이 달의 분지를 채우면서 아노소사이트로 이루어진 지각은 커다란 하중을 받게 된다. 용암층의 무게를 이기지 못한 지각은 결국 균열이 발생하고 분지 중심 부분이 침강하기 시작하는데, 이렇게 지각에 생성된 균열들은 용암의 새로운 이동 통로가 된다. 달의 바다와 그 주변에서 발견되는 열구와 링클 리지(wrinkle ridge)들은 이러한 구조적 원인의 결과이다. 달이 계속해서 냉각되어 용융대의 깊이가 점점 깊어지면서, 초기에는 지하 150㎞에서 분출되었던 용암이 결국에는 지하 400㎞의 깊은 곳으로부터 월면으로 흘러나오게 되었다. 때로는 지하로부터 용암이 솟구쳐 오르면서 그 일부가 유리구의 형태로 고화(固化)되어 표면에 쌓이기도 하는데, 아폴로 17호의 탐사 도중 발견된 오렌지색 유리질 물체는 유명한 예이다.
 

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   달의 화산 활동은 약 20억 년 전에 중단되었다. 달의 냉각이 심화됨에 따라 용융대의 깊이가 점점 깊어지면서 달의 지각이 두꺼워지고 완전히 고화되어, 지하의 용암이 더 이상 지각을 뚫고 분출하지 못한 것이다. 그 이후로도 월면에는 많은 유성체가 충돌하여 크고 작은 크레이터와 변화무쌍한 지형들이 만들어졌다. 이 때 생성된 코페르니쿠스 Copernicus(8.1억 년)와 티코 Tycho(1.09억 년)는 달의 역사에서 보면 아주 나이 어린 크레이터에 속한다. 이들 크레이터의 광조가 눈에 띄게 밝은 이유는 생성된 때가 최근이므로 태양풍이나 운석들의 영향을 비교적 덜 받았기 때문이다. 

   달의 내부 구조는 지진파의 연구를 통해서 상당히 잘 알려져 있다. 달의 지각은 그 두께가 지구에서 볼 때 월면의 동편은 약 60㎞, 서편은 약 100㎞에 이른다. 지각의 상부층은 무수한 운석들의 충돌로 파괴되어서 암석 파편들로 구성되어 있다. 그 두께는 달의 고지대에서는 2㎞, 바다에서는 5∼20㎞에 달한다. 특히, 운석 충돌시 분출된 여러 가지 종류의 암석 파편들이 뭉쳐 형성된, 역암과 비슷한 조립질의 각력암(breccia)도 존재한다. 지각의 최상부 층은 입자가 가는 월토(月土)로 덮여 있다. 달의 지각 아래에는 고체 상태의 맨틀이 지하 600∼800㎞까지 존재한다. 달에서 일어나는 지진의 대부분은 보통 이 정도의 깊이에서 발생하는데, 이는 달의 내부에서 변형 작용과 구조적인 조정 작용이 아직도 일어나고 있음을 의미한다. 1972년에 커다란 운석이 달과 충돌하여 이로부터 지진파가 발생하였는데, 이 지진파를 분석한 결과 지하 약 1200㎞ 부근에서 암석이 용융 상태로 존재하는 지역이 있음이 밝혀졌다. 하지만, 달에서는 핵을 통과할 만큼 강력한 지진파를 방출하는 지진이 일어나는 경우는 거의 없기 때문에 이와 관련해서 알려진 사실은 별로 없다. 달의 핵은 적어도 부분적으로는 용융 상태로 존재하며, 그 반지름이 200∼700㎞ 정도일 것으로 추정된다. 만일 달의 핵이 철황화물로 구성되어 있다면, 반지름이 약 700㎞에 달할 것이다. 하지만, 지구의 핵과 마찬가지로 철-니켈로 이루어져 있다면, 최대 반지름은 200㎞를 넘지 않을 것으로 보인다.

   현재, 달의 지진 활동은 미약해서 달에서 일어나는 지진들의 리히터 규모는 보통 2 정도이다. 달의 지진은 달이 근지점(近地點)과 원지점(遠地點)에 위치할 때 활발하기 때문에, 지구의 기조력과 관계되어 있는 것이 확실하다. 달의 지진은 지하 600∼800㎞의 깊이에서 일어나는데 지구에서 일어나는 지진의 대부분이 지하 200㎞ 이내에서 발생하는 것과 대비를 이룬다. 약 40개의 진원(震源)이 확인되었으며 이들 대부분이 월면의 동편에 위치한다.

   고체 상태로 존재하는 지각과 맨틀의 두께를 고려할 때 달에서 화산 활동이 일어날 가능성은 희박하다. 하지만 지구의 기조력에 의해서 달에 지진이 일어날 때마다 월면에서 산발적으로 가스가 누출되고 있음을 보여주는 증거들이 많이 발견되고 있다. 아리스타르쿠스 Aristarchus와 일부 바다 주변부에서 라돈 가스가 검출되었고, 이른바 LTP(Lunar Transient Phenomenon)라고 불리는 적열(赤熱)과 월면이 일시적으로 흐릿하게 보이는 현상이 많이 보고되고 있다. 만일 이것이 실재(實在)하는 것이라면, 아마도 소량의 가스가 배출되면서 먼지를 일으키고 형광(螢光)을 발해서 이러한 현상이 일어나는 것으로 추정된다. 하지만 전체적으로 보면, 달은 지질학적으로 생명이 다해 활동이 멈춘 죽은 천체로서 오직 외부로부터의 영향을 수동적으로 그 표면에 남길 뿐이다.

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